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2024年10月16日雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實驗裝置

SBXNY-SK05T雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述

雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實驗裝置、風力發(fā)電機組裝調(diào)與運維實訓室設備、采用變速恒頻控制的雙饋異步發(fā)電機組，可以完成大功率雙饋風電機組的風力機模擬和運行操作訓練。

雙饋發(fā)電系統(tǒng)（僅限參考）

二、產(chǎn)品特點

1)模擬真實風力發(fā)電機的啟動、并網(wǎng)、正常運行和停機過程，具備模擬機組變速調(diào)節(jié)能力，有功、無功的調(diào)節(jié)能力；

2)風速模型不僅可設定典型幾種風速曲線，支持導入實際測量得到的風速―時間數(shù)據(jù)；

3)FaceView實驗主控軟件執(zhí)行機組運行狀態(tài)流程控制和數(shù)據(jù)記錄、顯示、系統(tǒng)監(jiān)控等功能；

4)實現(xiàn)風速和風力機模擬，機組并網(wǎng)控制，機組最大功率運行控制，機組恒速運行，機組限功率運行，機組低電壓穿越，機組脫網(wǎng)控制等控制功能；

5)背靠背變流器可實現(xiàn)直流側電壓的初始狀態(tài)進行設定，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，實現(xiàn)風力發(fā)電機在故障條件下不脫網(wǎng)運行，低電壓穿越的功能，支持風機的低電壓穿越實驗;

6)軟件分析風力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運行特性，能夠顯示異常時的故障原因；

7)RS485接口，提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng)；

8)完善的保護功能，包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護，可以實現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時保護實驗；

注：帶醒目的危險標識，如：有電危險、運行時請勿打開、嚴謹帶電操作等。

雙饋實驗系統(tǒng)結構圖

三、系統(tǒng)運行技術參數(shù)

2.1 工作條件

²輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz

²裝置容量：≤5.0kW

²海拔：0～2000m；

²環(huán)境溫度：-10℃～＋50℃；

²環(huán)境相對濕度: 10～90%(25℃)；

²大氣壓力范圍：1個標準大氣壓范圍；

²室內(nèi)安裝；

²平臺必須水平安裝；

²設備正常使用年限：≥20年；

²環(huán)境要求：環(huán)境通風良好，不含易燃、腐蝕性氣體；

2.2 實驗平臺的基本尺寸：

²實驗臺：1400×400×400；（長×深×高，mm）

²變流器：800×800×2000；

²主控柜：800×800×2000；

²注：實驗平臺分兩排布置，預計占地面積 4m×4m

2.2 定制雙饋變流器系統(tǒng)

風電變流器包括雙饋風機變流器、全功率變流器和PWM整流器，均為我司自主研發(fā)，根據(jù)高校和研究所客戶要求定制開發(fā)，具有功能完善、產(chǎn)品可靠、開放性強、保護嚴格等特點。

雙饋風電機組圖及變流器內(nèi)部圖

模擬風力發(fā)電系統(tǒng)的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現(xiàn)，前級交流輸入可選接入交流/直流電網(wǎng)，根據(jù)設定的風速，將相應能量注入到直流母線上，后級交流輸出接交流母線，將輸入的能量注入到配電/微電網(wǎng)。該變流器為定制產(chǎn)品，根據(jù)用戶的要求設計。

功能特點如下：

²機側矢量控制，網(wǎng)側矢量解耦P/Q控制；

²電網(wǎng)電壓在-3%～+7%范圍內(nèi)波動時能正常運行；

²并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下；

²過流/過壓/過溫保護，分硬件保護和軟件保護；

²具備低電壓穿越功能；

²提供直流側外接其他電氣設備的接口；

²支持電網(wǎng)不平衡度小于 10%時正常發(fā)電運行；

²支持較寬的運行速度范圍：700-2000RPM；

5.0 kW背靠背變流器主要指標

項目指標	參數(shù)特性	項目指標	參數(shù)特性
變流器拓撲結構	雙級背靠背	后級控制方式	穩(wěn)定直流電壓
額定流功率	5.0kW	后級功率因數(shù)	>0.99
額定交流電流	15A	直流母線電壓	600V
額定交流電壓	380V	最大直流電流	22A
額定電網(wǎng)頻率	50Hz	電流總諧波畸變率（THD）	<3%（額定功率）
允許電網(wǎng)頻率	48～50.5Hz	最大效率	95%
前級控制方式	功率控制	待機狀態(tài)功耗	<40W
前級功率因數(shù)	>0.99	冷卻方式	強迫風冷
防護等級	IP21	標準通訊方式	RS485

2.3 設備主要配置參數(shù)

驅動變頻器	容量等級	5.5KW
	電壓等級	380V
	電機類型	異步/永磁同步電動機
	調(diào)速范圍	0-2000RPM
	控制方式	有PG矢量控制，弱磁控制
	接口類型	RS485
	控制環(huán)路	速度閉環(huán)，力矩閉環(huán)
	精度	電壓、電流、轉速、位置、轉矩的信號測量
定制變流器	功率等級	5.5KW
	電壓等級	380V
	功率拓撲	二電平背靠背
	外形尺寸	（寬×深×高，mm）800×600×1600
電動機	額定功率	5.5KW
	額定轉速	1500RPM
	同步轉速	1800RPM
	額定電壓	380V
	功率因數(shù)	0.9
發(fā)電機	類型	雙饋發(fā)電機
	額定功率	5.0kW
	額定電壓	380V
	額定頻率	50Hz
	額定轉速	1500rpm
	轉速范圍	0-2000rpm
	絕緣等級	F級

四、雙饋系統(tǒng)低電壓穿越與實驗

3.1 電網(wǎng)電壓跌落的危害

²對雙饋風電機組來說：

²出現(xiàn)的過電流會損壞電力電子器件；

²DC端過電壓，將威脅直流側元器件；

²附加的轉矩、應力過大則會損壞風電機組的機械部件；

²對電網(wǎng)來說：

²引起電網(wǎng)頻率降低；

²引起電網(wǎng)線壓降低；

²引發(fā)聯(lián)鎖效應，導致大面積電網(wǎng)癱瘓。

3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義

²當電網(wǎng)故障或擾動引起風電場并網(wǎng)點的電壓跌落時，在電壓跌落的范圍內(nèi)，風電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行。

²它對系統(tǒng)由較為重要的意義：

²風機能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運行；

²能夠對電網(wǎng)進行動態(tài)無功功率Q支撐；

²有助于有功功率P恢復；

3.3 國內(nèi)低電壓穿越標準

²對于低電壓穿越，要求如下圖所示，方案完全遵循此標準：

低電壓穿越標準

²并網(wǎng)點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms ；

²跌落后2s 內(nèi)恢復到額定電壓的90%時，不脫網(wǎng)連續(xù)運行。

²無功支撐：響應時間不大于75ms，持續(xù)時間不少于550ms ；無功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）

²有功恢復：故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復到故障跌落前的功率；

3.4 低電壓穿越LVRT實驗方案介紹

主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，并在變流器中進行相應控制：

Crowbar：其響應時間短，能夠保護變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流

Chopper：主要考慮單管吸收回路的設計，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運行過程中會進行100Hz左右的斬波動作，大電流關斷時的尖峰很容易導致IGBT過壓實效。因此設計了RCD吸收回路和低感功率回路。

雙饋機組Crowbar

雙饋機組Chopper

其軟件部分邏輯如下：

雙饋機組LVRT軟件邏輯

低穿實驗波形1

低穿實驗波形2

低穿實驗波形3

五、雙饋系統(tǒng)實驗主控軟件

FaceView實驗主控軟件具有風速特性模擬和風機主控功能，能模擬幾種典型風速如：微風、陣風、持續(xù)大風、持續(xù)中速風、或四種風速合成特性。主控和風機模擬的參數(shù)修改權限向用戶開放，用戶可以自由定制風力機特性，選配接收實際的測風儀數(shù)據(jù)。主控功能實現(xiàn)機組并網(wǎng)控制，恒速運行，限功率運行，降功率運行，低電壓穿越，機組脫網(wǎng)控制。

²FaceView監(jiān)測以下參量：

²風速、風輪轉速；

²驅動電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；

²發(fā)電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；

²變流器直流電壓；

²網(wǎng)側變流器輸出電壓、電流、功率；

²電網(wǎng)電壓、電流、功率。

風力發(fā)電模擬界面

曲線觀測界面

參數(shù)設定界面

低電壓實驗

六、開放雙饋風電變流器系統(tǒng)（說明）

算法類的函數(shù)開放，用戶可以按照自己的算法修改、調(diào)用，如整流、逆變、電機控制的SVPWM和低電壓穿越算法。

開放內(nèi)容如下：

1)雙饋變流器所有電路板硬件原理圖及BOM表(pdf版本)：控制板，電源板，信號板，電容板；

2)雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；

3)開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；

4)雙饋變流器通訊協(xié)議(RS485)（免費）；

5)雙饋變流器使用手冊(免費)；

6)雙饋變流器編程手冊pdf版；

雙饋變流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法的工程源文件，包括程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環(huán)功能、濾波函數(shù)等。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。

雙饋風電實驗系統(tǒng)現(xiàn)場圖如下：

七、實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)

智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。

1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數(shù)；設備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！

2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中遠程控制智能開關的通斷。

3、PC端軟件：每個設備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權限管理等功能�？梢绘I開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！

4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：

①包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預覽所有設備的在線和運行情況，分析設備使用率及運行時間！

②包含設備節(jié)點：可顯示設備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。

5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。

6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。

現(xiàn)場需對功能逐一演示，提供有效、權威的證明文件，佐證該產(chǎn)品的可靠、安全、先進性。

提供實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)的專利證明材料；

八、仿真規(guī)劃軟件

基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質4種能源設計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結構改造方案設計，并結合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結構。

7)用戶管理功能：

注冊：支持學生或教師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶

登錄：支持學生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。

找回密碼：支持學生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼

權限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶

用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學校、真實姓名、學號、上級用戶等

異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。

8)氣象數(shù)據(jù)庫

支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)，可自由設置日期進行查看。每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、最高最低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。

9)3D地圖功能

支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應學習任務，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應不同實際情況，最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應的評分。

根據(jù)項目及學習任務需要規(guī)劃設計的區(qū)域面積大小，選擇對應面積以及地形相似度高的區(qū)域，并定期更新可用的區(qū)域3d地圖、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；

支持修改光伏發(fā)電的相關評分參數(shù)：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。

支持修改風力發(fā)電的相關評分參數(shù)：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風力發(fā)電機組隨著每小時風速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機波動的特點；）

支持修改地熱能的相關評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價

支持修改生物質能的相關評分參數(shù)：生物質年供應、整機效率、生物質殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質平均谷草比系數(shù)、生物質殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準則。

（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）

設計區(qū)域內(nèi)的5種用能建筑模型（底層住宅、交通樞紐、酒店、小高層、寫字樓），通過設置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數(shù)、日能耗時長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；

可選擇全國任意地區(qū)（精確城市）、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、最低工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)，可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數(shù)量、生物質電站容量、淺層地熱容量、風力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分

編號	名稱	學生人數(shù)	類型
1	異步電機空載實驗	每套機組3~5人	設計型
2	異步電機負載實驗	每套機組3~5人	設計型
3	雙饋感應電機空載實驗	每套機組3~5人	設計型
4	雙饋感應電機負載實驗	每套機組3~5人	設計型
5	風力發(fā)電機啟動并網(wǎng)實驗	每套機組5~8人	設計型
6	風力發(fā)電機正常停機實驗	每套機組5~8人	設計型
7	風力發(fā)電機異常停機	每套機組5~8人	設計型
8	風力發(fā)電機正常運行實驗	每套機組5~8人	設計型
9	風力發(fā)電機脫網(wǎng)保護實驗	每套機組5~8人	設計型

2024年10月16日 雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實驗裝置

2024年10月16日雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實驗裝置